Ученые нащупали неизвестную силу природы, которая не вписывается в существующие законы

Почему физиков уже не устраивает «старая физика» и зачем они ищут «новую»

Законов, сил и частиц в "новой физике" больше, чем в "старой"

Вздрогнули вместе с мюонами

Похоже, что наши представления об окружающем мире придется пересмотреть. Эксперименты свидетельствуют: в природе все-таки существует некая неизвестная сила, которая не вписывается в существующие законы физики. Для ее объяснения требуется «новая физика», а не та - нынешняя, в которой господствует так называемая Стандартная модель.

Признаки того, что в «старой физике» чего-то не хватает, появились еще 20 лет назад. Исследования, проведенные в то время в США – на коллайдере Брукхейвенской национальной лаборатории (Brookhaven National Laboratory), продемонстрировали: мюоны ведут себя не так, как им положено. Недавно наличие аномалии подтвердилось. Её с высокой долей достоверности зафиксировали в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми (U.S. Department of Energy’s Fermi National Accelerator Laboratory) в серии экспериментов с мюонами, получивших название «Muon g-2».

Магнитное кольцо в Фермилаб, в котором неправильно "тряслись" мюоны

Принципиальная схема коллайдера в Фермилаб

Мюон – субатомная частица, похожая на электрон, но примерно в 200 раз тяжелее его. Обладает отрицательным зарядом. Вращается. Реагирует на внешнее магнитное поле – под его воздействием ось вращения начинает колебаться, описывать круги – совершать прецессию. По расчетам, основанным на традиционных физических представлениях, прецессия одна. А в экспериментах она другая. Это указывает на то, что мюоны попадают под влияние неведомой пока силы – той, которая не укладывается в Стандартную модель, применяемую для объяснения всего сущего во Вселенной. Возможно, мюоны взаимодействуют с некими весьма значительными частицами, о которых знать никто не знает. Или вообще происходит что-то, что даже представить себе трудно.

Некоторые сведения о мюоне, предоставленные физиками Фермилаб

Кто «старое» помянет…

В «старой физике» на объекты и частицы действуют четыре фундаментальные силы. Им соответствуют четыре взаимодействия: электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое. В «новой физике» и того, и другого может быть больше.

В «старой физике» пересчитаны и описаны все элементарные частицы. А сколько их в «новой», одному богу известно.

Разговоры о «новой физике» на какое-то время утихли – сразу после того, как в экспериментах на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider - LHC ) был обнаружен бозон Хиггса. Пусть косвенно - по следам его распада, но обнаружен. За это Франсуа Энглеру и, собственно, самому Питеру Хиггсу – ученым, предсказавшим существование этой частицы, была присуждена Нобелевская премия по физике за 2013 год.

По теории, лежащей в основе «старой физики», пресловутый бозон просто обязан был существовать. Чтобы наделять массой вещество во Вселенной, делая «весомыми» все другие частицы. Именно его не хватало для окончательного торжества Стандартной модели. Но как раз эту – единственную - частицу и не могли обнаружить долгие годы. Будто бы она и не существовала вовсе. Подобное недоразумение и заставляло искать «новую физику», сомневаясь в «старой».

Бозон Хиггса, в итоге, обнаружили.

Сам Хиггс аж прослезился, узнав об этом. Стандартная модель восторжествовала. Но ненадолго.

В декабре 2015 года, сталкивая в LHC протоны, ученые выбили из мироздания совсем неизвестную науке частицу - похожую на бозон Хиггса, но в 6 раз тяжелее. Ее следы независимо друг от друга разглядели исследователи, работавшие на двух разных детекторах - CMS (Compact Muon Solenoid) и ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS). И разговоры о «новой физике» возобновились. Потому что «второй бозон Хиггса», наоборот, не был предусмотрен Стандартной моделью.

И вот теперь – весной 2021 года - весомо дали о себе знать мюоны, неправильно виляющие осями. Если открытие подтвердится с еще более значительной достоверностью, можно будет не сомневаться: «новая физика» станет реальностью. И откроет какие-нибудь фантастические перспективы – вплоть до овладения антигравитацией.

А В ЭТО ВРЕМЯ

«Новая физика» затащит нас в иные измерения и в иные миры?

Эксперименты, которые провели американские, британские, израильские, немецкие и швейцарские ученые из нескольких институтов (The Pennsylvania State University, Institute for Theoretical Physics, University of Pittsburgh, Holon Institute of Technology, Max-Planck-Institut für Quantenoptik, School of Physics and Astronomy, University of Birmingham), свидетельствуют: помимо привычных трех измерений — длины, ширины и глубины — реально существует, как минимум, еще одно пространственное измерение - четвертое. На него указали экспериментальные структуры, созданные из фотонов и атомов, охлажденных почти до абсолютного нуля. Они демонстрировали странное поведение. Будто бы реагировали на события, которые происходили за пределами нашего трехмерного мира.

Пространство, похоже, не ограничено длинной, шириной и глубиной

Конкретно исследователи воспроизвели четырехмерный квантовый эффект Холла.

- Физически мы не проникли в четырехмерное пространство, но смогли почувствовать его, получив 4-D квантовый эффект Холла, используя систему более низкой размерности, потому что система более высокой размерности закодирована в элементах ее структуры,— сообщил Gizmodo Майкл Рехтсман (Mikael Rechtsman), профессор Пенсильванского университета.

- Возможно, - размечтался ученый, имея в виду свои эксперименты, появится новая физика, учитывающая более высокие пространственные измерения.

Кто знает, может быть, получится проникнуть в четвертое измерение. Вдруг окажется, что «вдоль него» проходят ходы сквозь ткань пространства-времени — те самые «кротовый норы», соединяющие отдаленные части Вселенной.

Кстати, ученые и раньше сомневались, что число пространственных измерений ограничено тремя. Еще в позапрошлом веке австрийский физик Эрнст Мах (Ernst Mach) писал: «Удовлетворительную теорию электричества до сих пор не удалось создать, может быть, от того, что электрические явления непременно хотели объяснить молекулярными процессами в пространстве с тремя измерениями».

Ныне существуют весьма экзотические теории строения Вселенной, в которых пространство раскинулось аж в 11 измерениях, а элементарные частицы при этом - на самом деле струны, которые выглядят точечными объектами лишь в нашем мире. То есть, представляют собой некие следы, протянувшиеся из более высоких измерений.

Доказать правоту подобных воззрений — на счет 11 измерений - пока не удается. А вот убедить - пусть очень окольно, путано и сложно, что существует четвертое измерение, вроде бы уже получается. По крайней мере в научных журналах.

Четвертое измерение может вывести нас в необозримые дали